JP5602373B2 - 車両用開閉体の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータで車両用開閉体としての窓やスライドドアなどを駆動する車両用開閉体の制御装置に関するものである。

従来、自動車の窓やスライドドアなどの車両用開閉体をモータで駆動制御する車両用開閉体の制御装置が知られている。そのような車両用開閉体の制御装置では、開閉体による物体の挟み込みがあった場合にモータの回転を停止または反転する等している。そのような挟み込みの検知には、モータの負荷を検出し、負荷に異常な上昇が生じることを判断することにより可能である。そのモータの負荷において、モータの電圧と角速度と角加速度とからモータの負荷を推定し、負荷推定値が所定の挟み込み判定値を越えた状態が所定時間（マスク時間とも言う）以上続いた場合に異物の挟み込みがあると判定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献では、負荷推定値Ｐは次式により求められる。
Ｐ＝Ｂm（ω0−ω）＋（Ｔm−Ｔm0）−Ｊm・ｄω...（１）
ここで、Ｂmはモータ内部負荷の粘性係数、ωは角速度、ω0は外部無負荷時の角速度定常値、Ｔmはモータトルク、Ｔm0は外部無負荷時のモータトルク、Ｊmはモータを含む装置（例えばウィンドウ開閉装置）の慣性モーメント、ｄωは角加速度である。

この式でＴmを電圧Ｖと角速度ωとに分解して次式で表すことができる。
Ｔm＝−ａ・ω＋ｂ・Ｖ＋ｃ...（２）
ここでａ、ｂ、ｃはモータに固有の定数であり、式（２）はモータ毎に関数化したり、マップにしたりして、ＲＯＭなどのメモリに記憶しておくことができる。

式（１）及び（２）から負荷推定値Ｐを次のように表すこともできる。
Ｐ＝（Ｂm＋ａ）（ω0−ω）＋ｂ（Ｖ−Ｖ0）−Ｊm・ｄω...（３）
式（３）中で、（Ｂm＋ａ）（ω0−ω）を角速度差演算項、ｂ（Ｖ−Ｖ0）を電圧差演算項、Ｊm・ｄωを角加速度演算項（または慣性項）と呼ぶこともある。なお、Ｖ0は外部無負荷時の電圧である。

特開２００４−２４２４２５号公報

上記のような負荷推定値に基づいた挟み込み判定では、例えば窓の開閉装置としてのパワーウィンドウで開閉操作を行う場合、閉動作中に例えば車両が凹凸の多い悪路を走行しているときのような振動外乱が加わると、モータの角速度ωや角加速度ｄωが大きく変動して負荷推定値Ｐが大きく変動し、それによって実際に異物が挟まっていないのに挟まっていると誤判定する虞がある。そのような悪路走行などの周期的な振動外乱による誤検知を防止するために、所定の平均値算出時間（ｔ１）内の負荷推定値の変動を平均した平均負荷推定値を所定の外乱判定時間（ｔ２）分だけメモリに退避しておき、外乱判定時間ｔ２が経過した時に算出された平均負荷推定値がメモリ内の各平均負荷推定値の最大値よりも大きい場合には、挟み込みの可能性があるとして挟み込み判定（モード）を開始することが考えられる。

一方、モータ起動時にはモータの起動特性による負荷変動期間が存在する。そのモータ起動特性による負荷変動を悪路などによる振動外乱として誤判定してしまうことを防止するためには、上記負荷変動期間が経過したことを判定する起動判定を行うと良い。起動判定としては、モータ起動特性による負荷変動が収束したこと、または負荷変動の収束は見られないが、モータの回転量が所定以上になったことを判定することが考えられる。

しかしながら、上記起動判定を行った後に振動外乱判定を行う場合には、起動判定を行っている間は振動外乱判定は行わないように例えばマスク処理し、起動判定経過した時から振動外乱判定を行う。そのため、起動判定時間と外乱判定時間ｔ２との経過後から振動外乱の有無を判定することになり、振動外乱を考慮して行う挟み込み判定開始が遅れるという問題がある。

このような課題を解決して、モータで開閉体を駆動する車両用開閉体の制御装置であって、前記モータの回転速度と回転加速度と駆動電圧とから負荷推定値を算出する負荷推定値算出手段と、前記モータの起動状態の終了を判定し、前記モータの起動状態の終了を検出すると挟み込みの判定を開始させるための判定開始信号を出力する挟み込み判定開始手段と、前記挟み込み判定開始手段による前記モータの起動状態の終了を検出する前に第１の規定時間毎の前記負荷推定値の平均値を算出する平均値算出手段と、前記モータの起動状態の終了を検出する前に前記負荷推定値の平均値を前記第１の規定時間よりも長い第２の規定時間分順次記憶しておく平均値記憶手段と、前記判定開始信号の入力により、前記平均値記憶手段に記憶されている前記負荷推定値の平均値の最大値と前記負荷推定値とを比較して前記開閉体による物体の挟み込みを判定する挟み込み判定手段とを有し、前記挟み込み判定開始手段は、前記モータが回転を開始してから前記モータの起動状態の終了を判定するに至るまでに前記負荷推定値が変動する波形でかつ振幅が減少していくと判定した場合には、さらに前記平均値記憶手段に対して前記平均値の全てを所定の判定用基準値に置き換えるためのリセット信号を出力するものとした。

また、前記所定の判定用基準値が、前記モータの定格運転状態における無負荷状態の基準値であると良い。また、前記挟み込み判定開始手段は、前記モータが回転を開始してから起動終了判定時間が経過したことを検出して前記判定開始信号を出力し、あるいは、前記挟み込み判定開始手段は、前記モータが回転を開始した後の前記負荷推定値の変動波形における振幅のピークが徐々に減少し、前記負荷推定値が予め定められた値よりも低下したことを検出して前記判定開始信号を出力すると良い。

このように本発明によれば、例えばパワーウィンドウに適用した場合に、モータ起動時には、モータの回転速度と回転加速度と駆動電圧とから算出される負荷推定値が、モータの起動特性により変動するため、悪路走行時等の振動外乱によるものとの区別がつかない虞があるのに対して、モータの起動状態の終了に至るまでに負荷推定値が減衰している場合には振動外乱が無いものとして、第１の規定時間毎に平均値記憶手段に記憶された各平均値を所定の判定用基準値に置き換える（リセットする）ことから、その後の挟み込み判定においてモータ起動特性による負荷変動の影響を排除した正確な挟み込み判定を行うことができる。所定の判定用基準値としては、モータの定格運転状態における無負荷状態の基準値であると良い。

また、負荷推定値が減衰していない場合には振動外乱の影響によるものと推定されるため、その場合には平均値記憶手段に記憶されている平均値をそのまま用い、起動状態の終了判定後に行う挟み込み判定において起動状態において記憶された各平均値を用いて挟み込み判定を行う。起動終了判定後さらに所定時間（第２の規定時間）を費やしてから挟み込み判定に移行するといった処理をする必要が無く、速やかな挟み込み判定処理を行うことができる。

本発明に基づく自動車用パワーウィンドウ装置のブロック図である。 （ａ）は振動外乱が無い場合のモータ起動状態の負荷変動を示す図であり、（ｂ）は振動外乱の影響を受けたモータ起動状態の負荷変動を示す図である。 本発明に基づく制御要領を示すフロー図である。 挟み込み判定開始に用いられる負荷平均値の説明図である。 （ａ）はモータ起動時における負荷変動の収束を示す図であり、（ｂ）は負荷変動が収束しない場合を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明に基づく車両用開閉体の制御装置の好適実施例として、本発明を自動車用パワーウィンドウ装置に適用した場合を示すブロック図である。

図に示されるように、制御部１には、運転席などに設けられたオート操作スイッチ２ａ及びマニュアル操作スイッチ２ｂからの各開閉操作信号の入力に応じて自動または手動の各開閉制御信号を出力する開閉信号制御回路１ａと、その開閉制御信号に応じて直流モータ３を正逆転駆動制御するための駆動回路４と、モータ３の駆動電圧を検出する電圧検出回路５と、モータ３の回転に連動する回転センサ（またはロータリエンコーダ）６からのパルス信号の間隔に基づいてモータ３の回転速度としての角速度を算出する角速度算出回路７と、制御部１の主制御を行うＣＰＵ８とが設けられている。

ＣＰＵ８には、上記角速度算出回路７からの角速度信号に基づいて回転加速度としての角加速度を算出する角加速度算出部８ａと、駆動電圧と角速度と角加速度とに基づいてモータ３の外部負荷を推定する負荷推定値算出手段８ｂと、負荷推定値に基づいて挟み込みの判定を行う挟み込み判定手段としての判定部８ｃとが設けられている。なお、角加速度算出部８ａと負荷推定値算出部８ｂと判定部８ｃとは、ＣＰＵ８内でのプログラム処理で行われるものであって良い。

そして、駆動回路４からの駆動信号に応じてモータ３が正逆転して、例えばモータ３にリンクまたはワイヤなどを介して連結された開閉体としてのウィンドウ９が開閉動作する。なお、開閉信号制御回路１ａでは、オート操作スイッチ２ａの開／閉の信号が入力された場合には連続した開／閉制御信号を出力し、マニュアル操作スイッチ２ｂの開／閉信号が入力された場合には操作されている間だけ開／閉制御信号を出力する。またモータ３の制御としてはモータ３を一定の速度で駆動する定電圧制御やモータ３の駆動速度を可変に制御可能なＰＷＭ制御を用いることができる。

ＣＰＵ８には更に、角速度算出回路７からの角速度信号とモータの回転方向とから全閉から全開に至るウィンドウ９の位置を算出する位置算出部８ｄが設けられている。位置算出部８ｄの機能もＣＰＵ８内でのプログラム処理で閉位置を０カウントとし、全閉と全開との間は、全閉から開動作時にパルスを加算していき、その加算カウント値により開位置を表すことができる。

更に、ＣＰＵ８には平均値算出部８ｅと平均値記憶部８ｆとが設けられている。平均値算出部８ｅは、第１の規定時間ｔ１（例えば５０ｍｓ）毎にその時間ｔ１内の負荷推定値の平均値を算出し、その算出された負荷推定値の平均値を第１の規定時間ｔ１毎に平均値記憶部８ｆに出力する。平均値記憶部８ｆは、平均値算出部８ｅから送られてくる負荷推定値の平均値を第２の規定時間ｔ２分だけ順次記憶しておく。平均値記憶部８ｆに記憶されている各平均値は判定部８ｃにより参照される。

また、ＣＰＵ８には挟み込み判定開始手段としての起動終了判定部８ｇが設けられている。起動終了判定部８ｇは、負荷推定値算出部８ｂで算出された負荷推定値の変化を観察し、起動状態の終了までに負荷変動（負荷推定値の変化）が収束したか否かを判定し、その判定結果を判定部８ｃに出力する。

ここで、起動状態の終了の判定とは、オート操作スイッチ２ａまたはマニュアル操作スイッチ２ｂが操作され、開閉信号制御回路１ａから開閉制御信号が出力されることでモータ３が回転し始めたのち、モータ３が定格運転状態に至るまでにはモータの起動特性による負荷変動区間があり、その負荷変動区間の終了を判定することである。外部振動による振動外乱が無い場合には、図２（ａ）に示されるように、モータの起動特性による負荷Ｐの波形の負荷変動は時間が経過するに従って徐々に収束し得るため、例えば負荷推定値の変動波形における振幅の山のピークが下降（低下）し、閾値として予め定められた値の負荷Ｐよりも低い値になった時は収束していると判断できる。また、例えば悪路走行中にモータ３を起動して、悪路走行による振動外乱の影響を大きく受けた場合には、図２（ｂ）に示されるように負荷推定値が収束しないことになる。その場合には、例えばモータ３の回転センサ６から出力されるパルスが予め設定されたパルス数を超えた、などの設計上収束したとして良い時間（起動終了判定時間）を設定しておき、その時間経過により起動終了であると判定することができる。

次に、このようにして構成された車両用開閉体の制御装置における制御要領について図３のフロー図を参照して以下に示す。なお、挟み込み判定における前処理となるため、動作方向は、特に断らない限りウィンドウの閉である。まず、ステップＳＴ１では閉操作信号に応じてモータ３を起動し、次のステップＳＴ２では負荷推定値算出部８ｂで駆動電圧・角速度・角加速度に基づいて負荷推定値の算出を開始する。具体的には、従来技術で述べた式（３）により算出することができる。なお、これ以降の各ステップの処理を実行中であっても、この負荷推定値の算出は所定の計算処理サイクルで実行される。

次のステップＳＴ３では判定部８ｃで負荷推定値の変化を見て減衰振動の判定を開始する。減衰振動とは、図２（ａ）に示したように負荷推定値が変動する波形でかつ振幅（変動幅）が減少していくことである。判定方法は、上記したように変動波形における振幅の山のピークが低下していくことを検出することで良い。例えば、１つ前のピークと今回のピークとの差が小さくなって所定の偏差以下になったことにより収束したと判定することができるため、起動終了判定部８ｇでは、負荷推定値の変動による波形のピーク値の読み込みを始める。この減衰振動の判定処理は後述する減衰振動であるか否かの判定が出されるまで続行される。

次のステップＳＴ４では、挟み込み判定の基準値として用いる負荷推定値Ｐの平均値Ｐａを平均値算出部８ｅで算出し、算出された平均値を平均値記憶部８ｆに記憶する処理を開始する。具体的には図４に示されるように、第１の規定時間ｔ１毎にその時間ｔ１内の負荷推定値（図の実線）の平均値（図の二点鎖線）Ｐａを算出し、第２の規定時間ｔ２内の各平均値Ｐａを記憶する。なお、これ以降の各ステップの処理を実行中であっても、この平均値Ｐａの算出とその記憶処理は各規定時間ｔ１・ｔ２で順次実行される。

ステップＳＴ５では、起動終了判定部８ｇにより、負荷（負荷推定値）変動が収束しているか否かを判別する。負荷変動の収束とは、モータ３の起動特性による負荷変動の収束のことであり、具体的には図５（ａ）に示されるように起動時に生じた負荷推定値Ｐの振幅が収束し、負荷推定値Ｐがほぼ一定値となった時間が所定時間ｔ３続いた場合に負荷変動が収束したと判定することができる。収束していないと判定された場合にはステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ６では、起動終了判定部８ｇにより、規定回転量経過したか否かを判別する。規定回転量とは、図５（ｂ）に示されるように所定時間ｔ４経過したことであって良い。また、起動開始からモータ３が所定回転数（回転角度）回転したことであっても良い。規定回転量経過していないと判定された場合には、負荷変動が収束もせず、規定回転量にも達していない場合であり、起動途中であることからステップＳＴ４に戻り平均値Ｐａの算出および記憶を続行する。

上記ステップＳＴ５で負荷変動が収束したと判定された場合、またはステップＳＴ６で規定回転量経過したと判定された場合にはステップＳＴ７に進む。ステップＳＴ７では、起動終了判定部８ｇにより、ステップＳＴ３で開始した減衰振動の判定において、減衰振動であるか否かを判別する。具体的には上記図２（ａ）に示されるように、起動時からの振動波形の各山のピーク（Ａ１・Ａ２・Ａ３）が低下（下降）していく状態が検出されたときには減衰振動で安定に向かっており、振動外乱が無いと判断できる。一方、図２（ｂ）に示されるように、起動波形の各山のピーク（Ｂ１・Ｂ２・Ｂ３）が減衰振動していない（Ｂ２＜Ｂ３）場合には振動外乱が有ると判断できる。

ステップＳＴ７で減衰振動であると判定された場合にはステップＳＴ８に進み、起動終了判定部８ｇからリセット信号を平均値記憶部８ｆに出力し、平均値記憶部８ｆでは平均値Ｐａの初期化を行う。平均値Ｐａは上記した第１の規定時間ｔ１毎に算出されて平均値記憶部８ｆに記憶されており、その記憶量は直前の第２の規定時間ｔ２の長さ分であり、例えば図４に当てはめると６個である。ステップＳＴ８では、それら６個の平均値Ｐａに変えて、所定の判定用基準値として予め設定されている初期値Ｐａ０を平均値記憶部８ｆに記憶する。この初期値Ｐａ０は定格運転状態における無負荷状態の基準となるような値であって良い。

ステップＳＴ８の次、またはステップＳＴ７で減衰振動ではないと判定された場合にはそれぞれステップＳＴ９に進み、ステップＳＴ４で算出を開始し、平均値記憶部８ａに記憶された負荷推定値Ｐの平均値Ｐａを保持したまま振動外乱の判定を開始する。

なお、振動外乱の判定は背景技術で述べた要領であって良く、一例を図４を参照して説明する。上記ステップＳＴ９に進んだら第１の規定時間ｔ１の計時開始のタイミングで第２の規定時間ｔ２の計時も開始する。各第１の規定時間ｔ１毎の各平均値Ｐａが図に示されるように変化した場合には、第２の規定時間ｔ２の終了時で、その間（ｔ２）の平均値Ｐａの最大値は図示例では最初の第１の規定時間ｔ１に対応するものであり、それを平均値の最大値Ｐａmaxとして設定する。

そして、公知のパワーウィンドウの閉動作処理を行う。この場合、負荷推定値が算出される度に、最大値Ｐａmaxに対して算出された負荷推定値が大きいか否かを判別し、大きいと判定された場合には挟み込みの虞があるとして挟み込み判定を開始する。挟み込み判定の開始とは、挟み込みの有無を判定するモードを開始するということである。その挟み込み判定モードでは、例えば負荷推定値の所定以上の上昇が検出されて挟み込みが生じたと判定された場合にはモータ３の停止かつ逆転処理を行う。

このようにして構成された車両用開閉体の制御装置では、モータ起動時判定を行うと共にその間のデータを振動外乱の有無の判別にも用いることから、モータ起動時判定終了に続けて振動外乱判定を開始することができる。それにより、従来のようにモータ起動時判定が終了してから振動外乱判定用に上記第２の規定時間ｔ２に相当するデータ収集時間を必要としないため、モータ起動時に挟み込みが生じていた場合でも早い対応が可能である。

具体的には、上記フローにおいて、振動外乱が無い場合には、モータ起動特性による負荷推定値の減衰振動が検出され、その間に算出された負荷推定値の第１の規定時間ｔ１毎の各平均値を全てリセットして初期値として、その後の挟み込み判定開始の基準値とする。また、振動外乱がある場合には、モータ起動特性の減衰振動は検出されず、その間に算出された各平均値をそのまま用いて、その後の挟み込み判定開始の基準値とする。いずれの場合にも、モータ起動時の判定終了後に新たに第１の規定時間ｔ１毎の平均値の退避（記憶）処理を行う必要はないため、そのような新たな処理に費やす時間を省略でき、速やかな挟み込み判定を行うことができる。

なお、上記実施の形態では開閉体としてウィンドウについて示したが、スライドドアやその他の自動で開閉するものにも適用可能である。

１ 制御部
１ａ 開閉信号制御回路
３ モータ
４ 駆動回路
５ 電圧検出回路
６ 回転センサ
７ 角速度算出回路
８ ＣＰＵ
８ａ 角加速度算出部
８ｂ 負荷推定値算出手段
８ｃ 判定部
８ｄ 位置算出部
８ｅ 平均値算出部
８ｆ 平均値記憶部
８ｇ 起動終了判定部
９ ウィンドウ

Claims (4)

1. モータで開閉体を駆動する車両用開閉体の制御装置であって、
   前記モータの回転速度と回転加速度と駆動電圧とから負荷推定値を算出する負荷推定値算出手段と、
   前記モータの起動状態の終了を判定し、前記モータの起動状態の終了を検出すると挟み込みの判定を開始させるための判定開始信号を出力する挟み込み判定開始手段と、
   前記挟み込み判定開始手段による前記モータの起動状態の終了を検出する前に第１の規定時間毎の前記負荷推定値の平均値を算出する平均値算出手段と、
   前記モータの起動状態の終了を検出する前に前記負荷推定値の平均値を前記第１の規定時間よりも長い第２の規定時間分順次記憶しておく平均値記憶手段と、
   前記判定開始信号の入力により、前記平均値記憶手段に記憶されている前記負荷推定値の平均値の最大値と前記負荷推定値とを比較して前記開閉体による物体の挟み込みを判定する挟み込み判定手段とを有し、
   前記挟み込み判定開始手段は、前記モータが回転を開始してから前記モータの起動状態の終了を判定するに至るまでに前記負荷推定値が変動する波形でかつ振幅が減少していくと判定した場合には、さらに前記平均値記憶手段に対して前記平均値の全てを所定の判定用基準値に置き換えるためのリセット信号を出力することを特徴とする車両用開閉体の制御装置。
2. 前記所定の判定用基準値が、前記モータの定格運転状態における無負荷状態の基準値であることを特徴とする請求項１に記載の車両用開閉体の制御装置。
3. 前記挟み込み判定開始手段は、前記モータが回転を開始してから起動終了判定時間が経過したことを検出して前記判定開始信号を出力する請求項１または２に記載の車両用開閉体の制御装置。
4. 前記挟み込み判定開始手段は、前記モータが回転を開始した後の前記負荷推定値の変動波形における振幅のピークが徐々に減少し、前記負荷推定値が予め定められた値よりも低下したことを検出して前記判定開始信号を出力する請求項１または２に記載の車両用開閉体の制御装置。

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